(57)【要約】【課題】  振動体を有する角速度検出用の角速度検出素子を含む構造体をパッケージ上に接着剤を介して支持してなる振動型の角速度センサ装置において、高周波の外部振動の伝達を抑制すべく構造体の固有振動周波数を低減する。【解決手段】  パッケージ１０と台座６０との間の構造体支持用接着剤４０の上部の台座６０、回路基板３０、角速度検出素子２０は、構造体７０として構成されており、台座６０は、構造体７０の固有振動周波数を低減するためのものであり、構造体支持用接着剤４０と角速度検出素子２０との間に介在したものとなっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体（２１）を有する角速度検出素子（２０）を含む構造体（７０）が、パッケージ（１０）上に接着剤（４０）を介して支持されてなる角速度センサ装置において、
前記構造体（７０）は、前記構造体（７０）の固有振動周波数を低減するための台座（６０）が、前記接着剤（４０）と前記角速度検出素子（２０）との間に介在したものとなっていることを特徴とする角速度センサ装置。
【請求項２】
前記構造体（７０）は、回路基板（３０）の上に前記角速度検出素子（２０）が搭載されたものであり、
前記台座（６０）は、前記接着剤（４０）と前記回路基板（３０）との間に介在されていることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ装置。
【請求項３】
前記台座（６０）は前記角速度検出素子（２０）よりも重いものであることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ装置。
【請求項４】
前記台座（６０）を含む前記構造体（７０）の一部が、ゲル部材（８０）により封止されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の記載の角速度センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体を有する振動型の角速度センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、振動体を有する角速度検出用の角速度検出素子を含む構造体が、パッケージ上に接着剤を介して支持されてなる振動型の角速度センサ装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このような角速度センサ装置では、振動体を駆動振動させ、角速度印加時のコリオリ力による振動体の変位を検出することで角速度検出を行う。
【０００３】
また、このものでは、たとえば自動車に搭載された場合など、車両振動などの外部振動がパッケージから接着剤上の角速度検出素子を含む構造体へ伝達され、センサ特性に悪影響を及ぼすため、従来では、接着剤として低弾性率を有するものを用いて、これに防振機能を持たせるようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２８６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような振動型の角速度センサ装置において特に問題となる外部振動は、たとえば、振動体の駆動振動周波数に近い振動、具体的には数千Ｈｚ程度の高周波振動であり、従来のものでは、接着剤に防振機能を持たせているものの、このような外部振動を低減する効果は不十分であった。
【０００５】
そこで、本発明者は、接着剤上の角速度検出素子を含む構造体において、その固有振動周波数を低くしてやれば、この固有振動周波数よりも高い周波数の外部振動は、構造体では減衰するため、外部振動の角速度検出素子への伝達が抑制できると考えた。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、振動体を有する角速度検出素子を含む構造体をパッケージ上に接着剤を介して支持してなる振動型の角速度センサ装置において、高周波の外部振動の伝達を抑制すべく構造体の固有振動周波数を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、振動型の角速度センサ装置において、角速度検出素子（２０）を含む構造体（７０）として、構造体（７０）の固有振動周波数を低減するための台座（６０）を、接着剤（４０）と角速度検出素子（２０）との間に介在させたものとしたことを特徴とする。
【０００８】
それによれば、固有振動周波数を低減するための台座（６０）を介在させることにより、角速度検出素子（２０）および台座（６０）を含む構造体（７０）全体の質量を大きくできるため、構造体（７０）の固有振動周波数を低減することができる。
【０００９】
その結果、この固有振動周波数よりも高い周波数の外部振動は、構造体（７０）では減衰するため、高周波の外部振動の角速度検出素子（２０）への伝達を抑制することが可能になる。
【００１０】
また、上記特徴を有する角速度センサ装置においては、台座（６０）を含む構造体（７０）の一部を、ゲル部材（８０）により封止してもよく、それによれば、上記各特徴について述べた効果に加えて、ゲル部材（８０）による外部振動の防振が図れる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る振動型の角速度センサ装置１００の概略断面構成を示す図である。この角速度センサ装置１００は、たとえば自動車に搭載されて自動車に印加される角速度を検出するものとして適用される。
【００１４】
図１に示されるように、この角速度センサ装置１００は、大きくは、パッケージ１０上に、接着剤４０を介して台座６０、回路基板３０、角速度検出素子２０が積層されるとともに、各部の電気的な接続がボンディングワイヤ５０にて行われているものである。
【００１５】
パッケージ１０は、角速度検出素子２０、回路基板３０および台座６０を収納するものであって、角速度センサ装置１００の本体を区画形成する基部となる。
【００１６】
図１に示される例では、パッケージ１０は、たとえば、たとえばアルミナなどのセラミック層１１が複数積層された積層基板として構成されており、図示しないが各層１１の表面や各層に形成されたスルーホールの内部に配線が形成されたものである。そして、この配線を介して角速度センサ装置１００と外部とが電気的に接続可能となっている。
【００１７】
このパッケージ１０の開口部には、金属や樹脂あるいはセラミックなどからなる蓋（リッド）１２が溶接やロウ付けなどにより取り付けられ、この蓋１２によってパッケージ１０の内部が封止されている。
【００１８】
また、パッケージ１０は、底部に凹部１３を有し、この凹部１３にはＣｕや鉄系金属などからなる台座６０が収納されている。この台座６０は、パッケージ１０の底部上に、低弾性部材としての構造体支持用接着剤４０を介して、搭載され固定されている。
【００１９】
そして、台座６０の上には、回路基板用接着剤４１を介して回路基板３０が接着固定され、回路基板３０の上には素子用接着剤４２を介して、角速度検出素子２０が接着固定されている。
【００２０】
ここで、構造体支持用接着剤４０は、低弾性率を有し防振機能を持つ部材であり、たとえば、シリコーンゲルなどの樹脂接着剤やシリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系などの接着フィルムが用いられる。なお、回路基板用接着剤４１および素子用接着剤４２は、構造体支持用接着剤４０と同様の接着剤でもよいが、それ以外にのものであってもかまわない。
【００２１】
角速度検出素子２０は角速度検出の用途をなすものであり、上記特許文献１に記載のものと同様に、振動体２１を備えた半導体チップとして構成されたものである。このような角速度検出素子２０は、たとえばＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板などの半導体基板に対して周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成され、たとえば矩形板状のものである。
【００２２】
具体的に、角速度検出素子２０における振動体２１は、一般に知られている櫛歯構造を有する梁構造体とすることができ、弾性を有する梁により支持されて角速度の印加により可動となっている。
【００２３】
そして、図１において、振動体２１がｘ軸方向に駆動振動しているときにｚ軸回りの角速度Ωが印加されると、ｘ軸と直交するｙ軸の方向へコリオリ力により振動体２１が検出振動するようになっている。
【００２４】
そして、角速度検出素子２０には、図示しない検出用電極が設けられ、振動体２１の検出振動による振動体２１と当該検出用電極との間の静電容量変化を検出することにより、角速度Ωの検出が可能となっている。
【００２５】
このように、角速度検出素子２０は振動体２１の駆動振動に基づいて、角速度Ωを検出するものである。ここで、この種の振動型の角速度センサ装置においては、駆動振動の周波数は振動体の構成などから特に決められているわけではないが、通常は、たとえば数千Ｈｚ程度である。
【００２６】
また、回路基板３０は、角速度検出素子２０へ駆動や検出用の信号を送ったり、角速度検出素子２０からの電気信号を処理して外部へ出力する等の機能を有する信号処理チップとして構成されたものである。
【００２７】
このような回路基板３０は、たとえばシリコン基板等に対してＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が、周知の半導体プロセスを用いて形成されているＩＣチップなどにより構成され、たとえば矩形板状のものである。
【００２８】
そして、図１に示されるように、角速度検出素子２０と回路基板３０、および、回路基板３０とパッケージ１０の上記配線とは、それぞれ金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。こうして角速度検出素子２０、回路基板３０、およびパッケージ１０の各部間はボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。
【００２９】
こうして、角速度検出素子２０からの電気信号は回路基板３０へ送られて、たとえば、回路基板３０に備えられたＣ／Ｖ変換回路などにより電圧信号に変換されて、角速度信号として出力されるようになっている。
【００３０】
ここで、本実施形態の角速度センサ装置１００において、パッケージ１０と台座６０との間の構造体支持用接着剤４０の上部の各部２０、３０、６０は、角速度検出素子２０を含む構造体７０として構成されている。そして、台座６０は、構造体７０の固有振動周波数を低減するためのものであり、構造体支持用接着剤４０と角速度検出素子２０との間に介在したものとなっている。
【００３１】
特に、本例では、構造体７０は、回路基板３０の上に角速度検出素子２０が搭載されたものであり、台座６０は、構造体支持用接着剤４０と回路基板３０との間に介在されている。
【００３２】
この台座６０は、本例では、上記回路基板３０と同程度のサイズの矩形板状をなすものである。この台座６０は、角速度検出素子２０、回路基板３０および当該台座６０を含む構造体７０全体の質量を大きくためのものであり、角速度検出素子２０や回路基板３０よりも重いものがよく、さらには、角速度検出素子２０および回路基板３０を合わせた重量よりも重いものがよい。
【００３３】
そのような観点から、台座６０は、角速度検出素子２０や回路基板３０よりも密度が大きいものがよく、上述したように、シリコンよりも密度が大きなＣｕや鉄系金属などからなるものとしている。たとえば、本例では、台座６０をこのような金属から構成することにより、角速度検出素子２０および回路基板３０を合わせた重量よりも４倍程度以上重いものとしている。
【００３４】
このように、本実施形態の角速度センサ装置１００においては、固有振動周波数を低減するための台座６０を介在させることにより、構造体支持用接着剤４０上の構造体７０全体の質量を、台座６０の分、大きくできる。そのため、構造体支持用接着剤４０をバネとし、構造体７０を質量体とするバネ−マス系において、構造体７０の固有振動周波数を低減することができる。
【００３５】
たとえば自動車の振動など、この固有振動周波数よりも高い周波数の外部振動が角速度センサ装置１００に印加されたとき、その外部振動が構造体７０へ伝わり、構造体支持用接着剤４０を基点として、その上の構造体７０が振動しようとする。
【００３６】
しかし、本実施形態では、構造体７０が従来よりも台座６０によって重くなった分、構造体７０の固有振動周波数が低くなっているため、その外部振動は構造体７０では減衰する。そのため、高周波の外部振動の角速度検出素子２０への伝達を抑制することが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では、角速度検出素子２０は、振動体２１が第１の軸すなわちｘ軸方向に駆動振動しているときに角速度Ωが印加されると、ｘ軸と直交する第２の軸としてのｙ軸方向へコリオリ力により振動体２１が検出振動するようになっているものであり、そして、台座６０を介在させることによって、構造体７０の固有振動周波数を、振動体２１の駆動振動の周波数よりも小さいものとしている。
【００３８】
当該駆動振動の周波数と同程度の外部振動が印加されると、この外部振動によって振動体２１が共振し、検出特性が悪化する。
【００３９】
その点、本実施形態によれば、角速度検出素子２０がこのような駆動振動に基づいて角速度を検出するものである場合、構造体７０の固有振動周波数を駆動振動の周波数よりも小さしているので、駆動振動に影響する外部振動が角速度検出素子２０へ伝達されるのを防止でき、検出精度の向上につながる。
【００４０】
また、本実施形態では、台座６０は、角速度センサ装置の大型化を防止するために、回路チップ３０と同程度のサイズ、好ましくは、上記図１に示されるように、台座６０の外周端部が回路チップ３０の外周端部からはみださないものとしている。
【００４１】
なお、このような角速度センサ装置１００は、パッケージ１０に、構造体支持用接着剤４０を介して上記構造体７０を接着した後、角速度検出素子２０、回路基板３０およびパッケージ１０の間でワイヤボンディングを行い、その後、上記蓋１１をパッケージ１０に取り付けることにより、製造できる。
【００４２】
（他の実施形態）
図２は、他の実施形態としての角速度センサ装置２００の概略断面構成を示す図である。この図２に示されるように、台座６０を含む構造体７０の一部が、ゲル部材８０により封止されていてもよい。
【００４３】
このゲル部材８０は、フッ素系ゲル、シリコーン系ゲルなどのゲル材料からなり、構造体７０をパッケージ１０に接着した後、注入・硬化させるなどにより配設可能である。そして、このゲル部材８０によって構造体７０の振動が緩和されるため、外部振動の防振が図れる。
【００４４】
また、上記図１に示される角速度センサ装置において、構造体７０とパッケージ１０との間を、たとえばバネ部材によって連結することにより、外部振動による構造体７０の振動を抑制することも可能である。
【００４５】
また、台座６０のサイズとしては、回路基板３０よりも大きくてもよいし、その材質としては、角速度検出素子２０や回路基板３０を構成するシリコン半導体よりも密度が大きければ、金属以外にも、セラミックなどでもよい。また、可能ならば、台座６０は、角速度検出素子２０と回路基板３０との間に介在していてもよい。
【００４６】
また、角速度検出素子２０としては、振動体２１を有しコリオリ力を利用した角速度検出を行うものであればよく、駆動振動の方向や検出振動の方向は上記図１に示されるようなｘ、ｙ軸に限定されるものではない。
【００４７】
また、パッケージ１０としては、上記したセラミックパッケージに限定されるものではなく、また、その形状や、パッケージ内部の各部の電気的接続構成も上記図示例に限定されない。
【００４８】
たとえば、角速度検出素子２０と回路基板３０とを、上記図１に示されるように、直接ボンディングワイヤ５０にて接続されていなくてもよく、角速度検出素子２０とパッケージ１０とをボンディングワイヤ５０で接続し、パッケージ１０と回路基板３０とをボンディングワイヤ５０にて接続してもよい。こうすることで、パッケージ１０を介して、角速度検出素子２０と回路基板３０とを電気的に接続してもよい。
【００４９】
また、構造体７０としては、回路基板３０は無くてもよく、たとえば台座６０の直上に接着剤４０を介して角速度検出素子２０が搭載されていてもよい。すなわち、この場合、角速度検出素子２０と台座６０とにより構造体７０が構成される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る振動型の角速度センサ装置の概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る振動型の角速度センサ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…パッケージ、２０…角速度検出素子、２１…振動体、３０…回路基板、
４０…構造体支持用接着剤、６０…台座、７０…構造体、８０…ゲル部材、
ｘ…第１の軸、ｙ…第２の軸。
【図１】
2007033393.tif 000003
【図２】
2007033393.tif 000004